论文标题：Drivability of Large Diameter Steel Cylinders during Hammer-Group Vibratory Installation for the Hong Kong–Zhuhai–Macao Bridge

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.07.028

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香港科技大学张利民研究团队在中国工程院院刊《Engineering》发表了题为《港珠澳大桥大直径钢圆筒多振锤联动安装的可打性》的研究性文章，围绕港珠澳大桥大直径钢圆筒振沉施工及可打性分析展开，介绍了港珠澳大桥人工岛采用大直径钢圆筒作为岛壁结构的创新设计方案，以及在施工过程中面临的挑战和研究团队的目标。港珠澳大桥人工岛位于亚热带海洋季风区且附近有白海豚保护区，采用整体大直径钢圆筒和弧形副格作为岛壁结构，可加快排水固结、减少污染、提高施工效率。多振锤联动下大直径钢圆筒的可打性是关键问题，存在土体振动摩阻力确定和尺寸效应两方面困难。文章详细阐述了振动沉桩的理论基础、港珠澳大桥大直径钢圆筒振沉施工情况、振沉监测分析及可打性分析等内容。

图1. 人工岛施工程序照片。（a）钢圆筒振沉安装；（b）弧形副格振沉安装；（c）人工岛围堰回填与排水固结；（d）人工岛内部回填；（e）人工岛内部排水固结；（f）隧洞入口和护岸结构的并行施工。

文章指出，港珠澳大桥使用八振锤联动成功安装了120个重达513 t、插入深度达33 m的巨型薄壁钢圆筒。振沉安装过程中的质量控制较好：西人工岛100%的钢圆筒和东人工岛95%的钢圆筒倾斜度小于1%；西人工岛100%的钢圆筒和东人工岛97%的钢圆筒的平面偏差小于直径的5%。文章表明，土体振动摩阻力是钢圆筒振动安装的关键因素。西人工岛地层均匀且相对较软，因此钢圆筒的振动安装时间较短。由于东人工岛存在复杂的地质条件和坚硬的黏土层，钢圆筒的初始打入速度较慢，垂直度控制也相对困难。通过合理考虑地质条件，可以更好预测钢圆筒的可打性。

图2. 振动安装系统照片。（a）APE 600型振动锤；（b）八振锤组和共振梁；（c）刻度标记；（d）全站仪；（e）应变计；（f）应变计分布图（H1~H8：8个液压振动锤；S：应变计）

值得注意的是，W36号钢圆筒在泥面以下的动应力振幅随深度明显下降，表明土体振动摩阻力导致能量耗散。振动打入过程中，W36钢圆筒的最大应力小于200 MPa，确保了钢圆筒的安全性。通过对动应力时程曲线的快速傅里叶变换，发现安装W36时振动系统的实际频率为12.58 Hz。文章提出了一种利用归一化有效面积比计算非土塞大直径薄壁圆筒土体振动摩阻力的修正方法，该方法需要的输入参数包括土层静强度剖面、钢圆筒的几何尺寸和振动锤的输出信息。由于新方法有效考虑了尺寸效应，因此对土体振动摩阻力的估算更合理。使用该方法算得的振沉时程曲线和应力分布更接近于现场实测结果。振沉速率随着振动锤效率的提高或起重机张力的降低而逐渐增加，振动安装时间显著缩短。在未来的现场或室内试验中，应监测起重机张力、锤击效率、钢圆筒加速度和土体孔隙压力等，以充分了解振动沉筒过程中土体-结构的相互作用。

引用信息：Wenjun Lu, Bin Li, Jinfang Hou, Xinwei Xu, Haifeng Zou, Limin Zhang. Drivability of Large Diameter Steel Cylinders during Hammer-Group Vibratory Installation for the Hong Kong–Zhuhai–Macao Bridge [J]. Engineering, 2023, 20(1): 180-191.

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原文链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.07.028

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